[发明专利]基于机器视觉的智能化自动切割式采茶机及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及茶叶农艺技术、计算机视觉技术、图像处理技术、机电一体化技术、切割刀具的水平度控制技术和计算机控制技术在智能化采茶机械方面的应用，尤其涉及一种基于机器视觉的智能化自动切割式采茶机及其工作方法。

背景技术

茶叶采摘具有很强的季节性，采摘周期短，劳动强度高，属于劳动密集型作业。目前，我国茶叶采摘和用工的矛盾已经成为茶叶产业发展的瓶颈。当今推广使用的采茶机大多都是针对大宗茶采摘鲜叶而生产的，其利用机械动力带动刀片运动，快速剪切并收集茶叶。这类采茶机具有采摘效率高，能降低劳动力成本和劳动强度，一定程度上缓解了采茶人工不足的矛盾。

采茶机虽能提高采摘效率，但其缺乏选择性，工作时不分老嫩，一刀切下，使得芽叶大小不一，完整性较差，而且对茶树的机械性损伤较大；同时采摘叶老嫩混杂，老梗老叶和破损叶片含量较高，一定程度上影响了采茶机的推广使用。

自动化智能化的茶叶采摘机械是茶叶行业的迫切需求。智能化茶叶采摘技术与装备，主要用于茶树的修整和春茶后期与夏秋茶等大宗茶叶的自动化采摘，通过茶叶农艺技术将茶树修整功能可以统一茶树顶端轮廓造型，可为大宗茶叶的自动化采摘提供方便。提高新梢采摘的完整性和一致性，提高茶叶整体质量。

农业部南京农业机械化研究所肖宏儒等申请的发明专利“跨行自走乘坐式采茶机及其工作方法”(公开号：CN103098617A，公开日：2013.05.15)，公开了一种跨行自走乘坐式履带采茶机。该采茶机全程作业可由驾驶员一人操作，采用全液压驱动技术，马达直接布置于履带的驱动轮之中，适合平地茶园1.5米行距的采茶作业和修剪作业，其具有25°爬坡能力和一定的越障能力，并可根据不同的茶树高度而动态调整采摘机构的高度位置以适应不同作业工况(茶树高度、度面平整度)需求。该采茶机茶青收集机构能在采摘过程中自动筛除外形较大的老叶和叶茎，又能自动筛除碎渣，以减少后续人工筛选所需鲜叶的工时；这种采茶机的主要缺陷是缺乏选择性，工作时不分老嫩，一刀切下，使得芽叶大小不一，完整性较差，而且对茶树的机械性损伤较大。

南京林业大学陈勇等申请的发明专利“茶叶摘采机器人”(公开号：CN102487667A，公开日：2012.06.13)，公开了一种茶叶摘采机器人。该机器人包括视觉系统、处理控制电路、执行机构，以及收集装置，其空间机械臂机构可以实现准确就位，左、右侧刀刃可以保证叶片的完整性，整个采摘过程完全自动化。这种茶叶摘采机器人不适用于大宗茶叶的自动化采摘，只适于名优茶的采摘。

发明内容

为了提高茶叶新梢采摘的完整性和一致性，提高茶叶整体质量及采摘效率，本发明基于一种标准化的茶叶农艺技术；通过采茶机对茶陇的机采面进行整形修剪，使得整个茶园中的每行茶树的茶陇蓬面整形为统一的圆弧形陇冠面。所述的标准化的茶叶农艺技术是通过以下四个一致性来实现的：整形修剪用的采茶机及机采时用的采茶机所用割刀参数一致，固定割刀的割台离地面高度一致，固定割刀的割台与大地水平面保持一致，割刀的中心轨迹线与采摘行的茶陇蓬面的中心线一致；通过采用标准化的修剪农艺措施，培育适应自动化机采的茶树冠面。

一种基于机器视觉的智能化自动切割式采茶机，包括具有多轮防颠簸行走机构的采茶机本体；所述的采茶机本体包括自适应动态平衡割台，安装在自适应动态平衡割台上的割刀和视觉传感器，用于收集切割后的嫩叶的集茶装置，以及用于各机构动作控制的操作与控制系统；

所述的操作与控制系统包括：

主控制器，用于读取所述视觉传感器内的视频图像并进行处理，解析出茶树树冠的茶陇中心线和嫩茶层的厚度；

割刀控制单元，受控于所述的主控制器，用于根据所述的茶陇中心线和嫩茶层的厚度调整割刀的姿态并控制割刀切割；

行走机构控制单元，受控于所述的主控制器，用于控制所述的多轮防颠簸行走机构；

集茶装置控制单元，受控于所述的主控制器，用于控制所述集茶装置的工作。

所述的自适应动态平衡割台通过高度可调的支撑杆安装在采茶机本体的机架上，且支撑杆的端部与自适应动态平衡割台铰连接。